JPH0882769A

JPH0882769A - 手ぶれ補正機能を有するズームレンズ

Info

Publication number: JPH0882769A
Application number: JP6219711A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 宏太郎林
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-03-26
Also published as: US6204968B1

Abstract

(57)【要約】【目的】高変倍・コンパクトで、ズーム全域で高い光学
性能を保持した手ぶれ補正を可能とする。【構成】物体側から正の第１群Ｇｒ１，正の第２群Ｇｒ
２，絞りＳ，負の第３群Ｇｒ３から成り、第２群Ｇｒ２
は物体側から負の前群と正の後群とから成る。広角側Ｗ
から望遠側Ｔにかけてのズーミングにおいて間隔d4が大
きくなるように、間隔d4，d9を変化させることによって
ズーミングを行い、第２群Ｇｒ２全体を平行偏心させる
ことにより手ぶれ補正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、手ぶれ補正機能を有す
るズームレンズに関するものであり、更に詳しくは、手
ぶれ(例えば、カメラの手持ち撮影時の振動)による像の
ぶれを防ぐことができる、レンズシャッターカメラに好
適な手ぶれ補正機能を有するズームレンズに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、写真撮影の失敗の原因は、その殆
どが手ぶれとピンボケであった。ところが、近年、カメ
ラの殆どにオートフォーカス機構が採用されるようにな
り、また、オートフォーカス機構のピント精度が向上す
るに従って、ピンボケによる写真撮影の失敗は殆ど解消
されている。一方、カメラに標準装備されるレンズは、
単焦点レンズからズームレンズへと移行してきており、
それと共に高倍率化，望遠化が図られ、手ぶれの可能性
が非常に高くなっている。その結果、現在では、写真撮
影の失敗の原因は手ぶれによるものといっても過言では
なく、そのためズームレンズには手ぶれ補正機能が不可
欠なものとなってきている。

【０００３】手ぶれ補正機能を有するズームレンズとし
て、一部のレンズを偏心させることによって手ぶれ補正
を行うものが提案されている(特開平1-116619号,同2-10
3014号,同2-93620号,同4-362909号,同4-212916号,同6-9
5039号等)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】手ぶれ補正機能を有す
るズームレンズは、標準状態(以下「偏心前状態」とも
いう。)で光学性能が良好であることは勿論、補正状態
(以下「偏心後状態」ともいう。)においてもレンズの偏
心による収差(以下「偏心収差」という。)の発生を抑え
て、光学性能が保持される必要がある。しかし、上記従
来例では、偏心による光学性能の低下が大きいため、ズ
ーム全域で充分満足しうる光学性能が得られない。しか
も、高変倍比化・コンパクト化も満足しうる程度に達成
されていない。

【０００５】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、高変倍でコンパクトなズームレ
ンズであって、ズーム全域で高い光学性能を保持した手
ぶれ補正が可能な手ぶれ補正機能を有するズームレンズ
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明に係る手ぶれ補正機能を有するズームレ
ンズは、物体側から順に、正のパワーを有する第１群
と，正のパワーを有する第２群と，絞りと，負のパワー
を有する第３群とから成り、前記第２群は、物体側から
順に、負のパワーを有する前群と正のパワーを有する後
群とから成り、広角側から望遠側にかけてのズーミング
において前記第１群と第２群との間隔が大きくなるよう
に、前記第１群と第２群との間隔及び第２群と第３群と
の間隔を変化させることによってズーミングを行い、前
記第２群全体を平行偏心させることにより手ぶれ補正を
行うことを特徴とする。

【０００７】また、第２の発明に係る手ぶれ補正機能を
有するズームレンズは、物体側から順に、正のパワーを
有する第１群と，正のパワーを有する第２群と，絞り
と，負のパワーを有する第３群とから成り、前記第２群
は、物体側から順に、負のパワーを有する前群と正のパ
ワーを有する後群とから成り、広角側から望遠側にかけ
てのズーミングにおいて前記第１群と第２群との間隔が
大きくなるように、前記第１群と第２群との間隔及び第
２群と第３群との間隔を変化させることによってズーミ
ングを行い、前記第２群全体を平行偏心させることによ
り手ぶれ補正を行い、更に以下の条件式(1)及び(2)を満
足することを特徴とする。 0＜φ_I／φ_W＜0.57 ……(1) 0.03＜φ_DF／Ｃ_DR＜0.5 ……(2) 但し、 φ_I：第１群のパワー φ_W：広角端での全系のパワー φ_DF：第２群の前群(即ち、物体側の負群)のパワーＣ_DR：第２群の最像側面の曲率である。

【０００８】上記平行偏心とは、一部の光学系を光軸に
対して垂直(又はほぼ垂直)な方向へ移動させることをい
う。本発明では、手ぶれ補正のために平行偏心させる光
学系(以下「補正レンズ群」という。)として、ズーム群
のうちの１つである第２群全体(即ち、第２群の全レン
ズ)を用いている。通常、ズーム群は各群内で収差補正
されているので、この構成によれば、従来例(例えば特
開平2-103014号,同2-93620号,同4-362909号,同6-95039
号)よりも、標準状態での収差のみならず偏心収差も良
好に補正することができる。これに対し、ズーム群を構
成する一部のレンズを偏心させることにより手ぶれ補正
を行うと、その一部のレンズで収差を補正し、更にズー
ム群全体でも収差を補正しなければならず、結果とし
て、レンズ枚数が多くなり全長が大きくなってしまう。

【０００９】補正レンズ群である第２群は、負・正構成
を採り、その後ろには絞りが位置しているため、第２群
によって歪曲収差が負(収差係数Ｖはプラス)となる。こ
れによる軸外像点移動誤差はプラスなので、回転ブレに
よって必ず発生するマイナスの軸外像点移動誤差を、従
来例(例えば特開平1-116619号)よりも、より効果的に消
すことができる。

【００１０】ところで、正の補正レンズ群及び負群のみ
から成り、望遠側へのズーミングに際して群間隔が拡が
るズームレンズでは、広角時と望遠時とで横色収差の大
きさが大きく異なる。しかも、手ぶれ補正時には偏心に
よる軸上横色収差がこれに加わるため、トータルの横色
収差を許容できなくなる。そこで、本発明では、補正レ
ンズ群の前にもう一つ、望遠側へのズーミングに際して
補正レンズ群との間隔が拡がる正群(第１群)を配置する
ことにより、横色収差を良好に補正する。

【００１１】一方、第１群が負の場合{条件式(1)の下限
を超える場合}は、第１群で負の大きな歪曲収差が発生
するため、軸外像点移動誤差が正に大きくなってしま
う。また、第１群のパワーが正に大きすぎる場合{条件
式(1)の上限を超える場合}、第１群の正に大きい歪曲収
差が発生するため、軸外像点移動誤差が負に大きくなっ
てしまう。従って、前記条件式(1)を満たすことによっ
て、従来例(例えば特開平1-116619号,同4-212916号)と
比べ、歪曲収差を良好に補正して、軸外像点移動誤差を
小さく抑えることができる。

【００１２】また、補正レンズ群である第２群の最像側
面(即ち、最も絞り側の面)は、像側に凸であるのが好ま
しい。第２群を構成する負の前群は、負の歪曲収差を発
生させるとともに、大きな正方向の球面収差（収差係数
Ｉは負）を発生させ、更に望遠側では手ぶれ補正時の軸
上コマを発生させる原因となる。補正レンズ群の最も絞
り側の面を像側に凸の(割ときつい)面とすると、この面
は絞りに近いため、歪曲収差を発生させずに負方向の球
面収差を発生させる。これにより、補正レンズ群中の球
面収差を小さくし、望遠側での手ぶれ補正時の軸上コマ
を小さくすることができる。前記条件式(2)はこのため
の条件を規定しており、条件式(2)を満たすことによっ
て球面収差を良好に補正することができる。条件式(2)
の下限を超えると球面収差が負の方向に大きくなり、条
件式(2)の上限を超えると球面収差が正の方向に大きく
なる。

【００１３】また、本発明に係るズームレンズは、第１
群中に少なくとも１枚の凹レンズを有し、第２群を構成
する負の前群中に少なくとも１枚の凹レンズを有し、更
に次の条件式(3)を満たすのが好ましい。 -0.7＜(0.7×Ｃ_1M＋Ｃ_2M)／φ_Wide＜0 ……（３）但し、Ｃ_１Ｍ：第１群中の凹レンズの物体側面の曲率Ｃ_2M：第２群の前群中の凹レンズの物体側面の曲率 φ_Wide：広角端での全系のパワーである。

【００１４】広角側で第１群，第２群が歪曲収差に与え
る効果のほとんどは、曲率Ｃ_1M，Ｃ_2Mの影響によるもの
であり、パワー関係がほぼ同じ場合、歪曲収差は他の曲
率等の変化による影響をあまり受けない。また、軸外像
点移動誤差は、第１群の歪曲収差による効果と第２群の
歪曲収差による効果とによって決まるが、第１群の歪曲
収差が軸外像点移動誤差に与える影響は、第２群の歪曲
収差が軸外像点移動誤差に与える影響の約７０％ぐらい
である。

【００１５】そこで、軸外像点移動誤差を良好に補正す
るため、前記条件式(3)を満足させる。条件式(3)の下限
を超えると、物体側に凹面の強い負レンズの効果が大き
くなり、負の大きい歪曲収差によって軸外像点移動誤差
が正に大きくなる。条件式(3)の上限を超えると、物面
の回転(収差係数による計算において後述する。)によっ
て発生する負の軸外像点移動誤差を補正しきれなくな
る。

【００１６】次に、本発明のような手ぶれ補正光学系の
収差劣化の定義を図１３に基づいて説明する。同図に示
す偏心収差(軸外像点移動誤差，片ボケ，軸上コマ及び
軸上横色収差)は、手ぶれ補正光学系の像劣化の要因と
なる。

【００１７】［軸外像点移動誤差］{図１３(Ａ)} 偏心した光学系では、通常の歪曲収差に加えて偏心によ
る歪曲誤差が発生する。このため、手ぶれ補正光学系に
おいては、軸上(画面中心)の像点が完全に止まるように
補正したとき、軸外の像点が完全に止まらずに像ぶれが
発生する。図１３(Ａ)中、１はフィルム面、２は補正状
態(偏心後状態)の像点、３は標準状態(偏心前状態)の像
点、４は手ぶれ補正方向を表す。

【００１８】ここで、光軸をx軸方向、手ぶれ方向をy軸
方向(即ち、手ぶれ補正方向４もy軸方向)とし、Y(y',
z',θ)を近軸像点が(y',z')である光線の手ぶれ補正角
θでの実際の像点のY座標{軸上の像点が完全に止まるよ
うに補正するので、常にY(0,0,θ)=0である。}とする
と、次の式(a)が成り立つ。 ΔY(y',z',θ)＝Y(y',z',θ)-Y(y',z',0) ……(a)

【００１９】特に指定しない限り、y軸上の像点につい
ての軸外像点移動誤差ΔY_Y'及びz軸上の像点についての
軸外像点移動誤差ΔY_Z'は、それぞれ以下の式(b)及び式
(c)で表される。なお、0.7fieldは35mmフィルムでは約1
5mmである。 ΔY_Y'＝{ΔY(0.7field,0,0.7゜)+ΔY(-0.7field,0,0.7゜)}/2 ……(b) ΔY_Z'＝ΔY(0,0.7field,0.7゜) ……(c)

【００２０】［片ボケ］{図１３(Ｂ)} 図１３(Ｂ)中、５は光軸ＡＸに非対称な像面を表し、６
は光軸に対称な像面を表す。光学系の非対称性によっ
て、像面５は光軸ＡＸに対し非対称となる。これによ
り、生じるメリディオナル片ボケΔM'及びサジタル片ボ
ケΔS'は、それぞれ以下の式(d)及び式(e)で表される。 ΔM'＝{メリテ゛ィオナル値(y'=0.7field,z=0,θ=0.7゜)-メリテ゛ィオナル値(y'=-0.7field,z =0,θ=0.7゜)}/2 ……(d) ΔS'＝{サシ゛タル値(y'=0.7field, z=0,θ=0.7゜)-サシ゛タル値(y'=-0.7field,z=0,θ =0.7゜)}/2 ……(e)

【００２１】［軸上コマ］{図１３(Ｃ)} 図１３(Ｃ)中、７は軸上光束を表し、８は軸上主光線を
表す。図示のように、軸上の光束７が軸上主光線８に対
して対称とならずにコマ収差が発生する。軸上光束７に
おいて生じる軸上コマAXCMは、次の式(f)で表される。 AXCM＝{Y(Upprer Zornal,θ=0.7゜)+Y(Lower Zornal,θ=0.7゜)}/2 ……（ｆ）

【００２２】［軸上横色収差］｛図１３(Ｄ)} 像点は波長の違いによってずれるため、光学系が非対称
のとき軸上光でもずれが生じる。軸上主光線において生
じる軸上横色収差は、次の式(g)で表される。 (軸上横色収差)＝{Y(g線,θ=0.7゜)-Y(d線,θ=0.7゜)} ……(g)

【００２３】上記偏心収差については、松井氏の論文
「偏心の存在する光学系の３次の収差論」(1990年6月JO
EM)に、その応用方法が示されている。その方法は通常
の撮影レンズが取付誤差により偏心した場合等には適し
ているが、物体平面と撮影レンズ及び像平面との共軸関
係がずれる手ぶれ補正光学系には、これを直接適用する
ことができない。そこで、上記論文の方法を手ぶれ補正
光学系に直接適用できるようにするため、以下に説明す
る式の変換等を行うことによって、実際の手ぶれ補正光
学系の収差を通常の３次の収差係数で表現する。

【００２４】［手ぶれ補正光学系への偏心収差係数の応
用］光学系と座標との関係を示す図１４に基づいて、以
下に偏心収差係数の求め方を説明する。まず、次のよう
に式を定義する。 tanω・cosφω＝Y/g$ tanω・sinφω＝Z/g$ R・cosφR＝(g$/g)・Y* R・sinφR＝(g$/g)・Z* g，g$はそれぞれ入射瞳面，物体側主平面から物体平面
(物面)OSまでの距離、ωは物点と物体側主点Hとを結ぶ
直線が基準軸となす角で、φωがそのazimuth、また、R
は物体側主平面上に換算した入射瞳半径でφRがそのazi
muthである。

【００２５】物体側からν番目の面が基準軸に対してY
方向に微小量Eνだけ平行偏心したときの像平面(像面)I
S上での像点移動量ΔY，ΔZは、次の式(1A)，(1B)で表
される。 ΔY＝-(Eν/2α_k')・[(ΔE)ν+(N・tanω)²・{(2+cos2φω)・(VE1)ν-(VE2)ν} +2R・(N・tanω)・{(2cos(φR-φω)+cos(φR+φω))・(IIIE)ν+cosφR・cosφω・(P E)ν}+R²・(2+cos2φR)・(IIE)ν] ……(1A) ΔZ＝-(Eν/2α_k')・[(N・tanω)²・sin2φω・(VE1)ν+2R・(N・tanω)・{sin(φR +φω)・(IIIE)ν+sinφR・sinφω・(PE)ν}+R²・sin2φR・(IIE)ν] ……(1B)

【００２６】ここに、 (ΔE)ν：プリズム作用(像の横ずれ) (VE1)ν，(VE2)ν：回転非対称な歪曲 (IIIE)ν，(PE)ν：回転非対称な非点収差，像面の傾き (IIE)ν：軸上にも表れる回転非対称なコマ収差とすると、偏心による影響を表す各偏心収差係数も、ν
番目の面から像面までのレンズ面の収差係数により、以
下の式(1C)〜(1H)で表される(#：物面上を示す添え
字。)。なお、回転偏心の場合も式(1A)〜(1H)と同様の
形の式で表現される。 (ΔE)ν＝-2(αν'-αν) ……(1C) (VE1)ν＝[{αν'・(μ=ν+1→k)ΣVμ}-{αν・(μ=ν→k)ΣVμ}]-[{αν'#・ (μ=ν+1→k)ΣIIIμ}-{αν#・(μ=ν→k)ΣIIIμ}] ……(1D) (VE2)ν＝{αν'#・(μ=ν+1→k)ΣPμ}-{αν#・(μ=ν→k)ΣPμ} ……(1E ) (IIIE)ν＝[{αν'・(μ=ν+1→k)ΣIIIμ}-{αν・(μ=ν→k)ΣIIIμ}]-[{ αν'#・(μ=ν+1→k)ΣIIμ}-{αν#・(μ=ν→k)ΣIIμ}] ……(1F) (PE)ν＝{αν'・(μ=ν+1→k)ΣPμ}-{αν・(μ=ν→k)ΣPμ} ……(1G) (IIE)ν＝[{αν'・(μ=ν+1→k)ΣIIμ}-{αν・(μ=ν→k)ΣIIμ}]-[{αν '#・(μ=ν+1→k)ΣIμ}-{αν#・(μ=ν→k)ΣIμ}] ……(1H)

【００２７】ところが、手ぶれ補正光学系に偏心収差係
数を応用するには、光学系の反転により像面ISを物面OS
に置き換えて、像面ISからの収差係数を用いる必要があ
る。つまり、像点移動量を物面OS上のものに変換しなけ
ればならない。その理由を以下に説明する。

【００２８】第１の理由は、偏心によって光線通過位置
に違いが生じることにある。図１５(Ａ)に示すように(L
₁：偏心前の光線，L₂：偏心後の光線)、上述の松井氏の
論文の方法においては、偏心レンズLSより像面IS側の光
線の通過位置が偏心レンズLSによって変わってしまう。
従って、偏心レンズLSと偏心レンズLS〜像面ISの収差係
数が偏心収差係数に関係することになる。これに対し、
図１５(Ｂ)に示すように(M₁：手ぶれ補正前の光線，
M₂：手ぶれ補正後の光線)、手ぶれ補正光学系では(理想
的には)、偏心レンズLSより物体側の光線の通過位置が
手ぶれ補正前と手ぶれ補正後とで変わってしまう。従っ
て、偏心レンズLSと偏心レンズLSより物体側の収差係数
が偏心収差係数に関係することになる。

【００２９】第２の理由は、物面の回転変換に起因して
収差劣化が生じることにある。上述の松井氏の論文の方
法においては、物面OS₁，像面ISは共に動かないが、手
ぶれ補正光学系では、物面OS₁が図１６に示すように回
転する。そのため、軸外像点移動誤差や片ボケは、回転
がない場合と比べて大きく異なってしまう。図１６中、
OS₁は手ぶれ補正前の物面を表し、OS₂は手ぶれ補正後の
物面を表す。

【００３０】［反転系の収差係数と非反転系の収差係
数］上記した理由から、像点移動量を物面上のものに変
換しなければならないので、式(1A)〜(1H)の各係数を、
図１７(非反転系)に基づいて表される以下の式(2A)〜(2
J)に従って変換する。なお、^R( )は反転系の記号、Ｎ
は屈折率を表すものとする。^R α＝^RN/^Rg$＝-α' ……(2A)^R α#＝α'# ……(2B)^R αμ'＝-αν ……(2C)^R αμ'#＝αν# ……(2D)^R Pμ＝Pν ……(2E) …同^R φμ＝φν ……(2F) …同^R Iμ＝Iν ……(2G) …同^R IIμ＝-IIν ……(2H) …逆^R IIIμ＝IIIν ……(2I) …同^R Vμ＝-Vν ……(2J) …逆

【００３１】［補正レンズ群が平行偏心するときの偏心
収差係数と手ぶれ収差係数］前述の式(1A)〜(1H)は、た
だ１つの面νだけが偏心した場合を示している。そこで
さらに、式(1A)〜(1H)を複数の面i〜jが偏心した場合の
式に変形する。なお、補正レンズ群が平行偏心すると
き、偏心する各面i〜jの偏心量Ei〜Ejは等しいので、
式： (ΔE)i〜j＝(ν=i→j)Σ{-2・(αν'-αν)} で示すように、収差係数を和として扱うことができる。
そして、αν'＝αν+1より、式： (ΔE)i〜j＝-2・(αj'-αi) が得られる。

【００３２】その他の収差係数についても、同様にΣの
途中の項が消える。例えば、 (PE)i〜j＝(μ=i→j)Σ{αν'・(μ=ν+1→k)ΣPμ-αν・(μ=ν→k)ΣPμ} ＝αj'・(μ=j+1→k)ΣPμ-αi・(μ=i→k)ΣPμ 更に変形して、 (PE)i〜j＝(αj'-αi)・(μ=j+1→k)ΣPμ-αi・(μ=i→
j)ΣPμ ここで、 (μ=j+1→k)ΣPμ：補正レンズ群より後のPの和(ペッツ
バール和) (μ=i→j)ΣPμ：補正レンズ群のPの和である。 (PE)i〜j＝(αj'-αi)P_R-αi・P_D 但し、 ( )_R：補正レンズ群より後の収差係数の和 ( )_D：補正レンズ群の収差係数の和である。

【００３３】上記のように、像点移動量の物面上のもの
への変換と、複数の面i〜jが偏心した場合の式への変形
とによって、次の式(3A)〜(3F)で表される偏心収差係数
が得られる。そして、各偏心収差係数を式(3A)〜(3F)の
通りに定義し直すと、式(1A)〜(1H)を物面上の像点移動
量を表す式として、そのまま用いることができる。 (ΔE)i〜j＝-2・(αj'-αi) ……(3A) (VE1)i〜j＝(αj'-αi)・V_R-(αj'#-αi#)・III_R-(αi・V_D-αi#・III_D) ……( 3B) (VE2)i〜j＝(αj#-αi#)・P_R-αi#・P_D …(3C) (IIIE)i〜j＝(αj'-αi)・III_R-(αj'#-αi#)・II_R-(αi・III_D-αi#・II_D) … …(3D) (PE)i〜j＝(αj'-αi)・P_R-αi・P_D ……(3E) (IIE)i〜j＝(αj'-αi)・II_R-(αj'#-αi#)・I_R-(αi・II_D-αi#・I_D) ……(3F )

【００３４】［軸外像点移動誤差］次に、軸外像点移動
誤差を説明する。(反転した系の)偏心収差係数をΔE，V
E1,VE2，IIIE，PE，IIEとする。物面上での偏心による
像点移動(物面上回転変換前)は{主光線(R＝0)において
は}、次の式(4A)，(4B)で表される。なお、式(4A)，(4
B)は、式(1A)，(1B)のRをR=0としたものである。 ΔY#＝-(E/2α'_k)・[ΔE+(N・tanω)²・{(2+cos²φω)VE1-VE2}] ……(4A) ΔZ#＝-(E/2α')・{(N・tanω)²・sin2φω)・VE1} ……(4B)

【００３５】上記式(4A)，(4B)に基づいて、次の式(4
C)，(4D)が得られる(軸上光、tanω＝0)。 ΔY₀#＝-(E/2α'_k)・ΔE ……(4C) ΔZ₀#＝0 ……(4D)

【００３６】次に、図１８に基づいて回転変換を説明す
る。図１８(Ａ)から式： Y#＝g$_k・tanω が成り立つ。正弦定理により、 Y'#/{sin(π/2-ω')}＝(Y#+ΔY#-ΔY₀#)/{sin(π/2+ω'
-θ)} となり、回転変換後のΔY'#は、次の式： ΔY'#＝(Y'#)-(Y#) ＝[Y#・cosω'+{(ΔY#)-(ΔY₀#)}・cosω'-Y#・cos(ω'-θ)]/cos(ω'-θ ) で表される。この式の分子のみを変形する。 [Y#・cosω'+{(ΔY#)-(ΔY₀#)}・cosω'-Y#・cos(ω'-θ)] ＝Y#・cosω'+{(ΔY#)-(ΔY₀#)}・cosω'-Y#・cosθ・cosω'-Y#・sinθ・si nω' ＝(1-cosθ)・Y#・cosω'+{(ΔY#)-(ΔY₀#)}・cosω'-Y#・sinθ・sinω' ここで、θは小さく他の２項に比べて無視できるので、
(1-cosθ)≒θ²/2，sinθ≒θである。また、cosω'/{c
os(ω'-θ)}≒1，sinω'/{cos(ω'-θ)}≒tanωであ
る。

【００３７】従って、式： ΔY'#≒(ΔY#-ΔY₀#)-Y#・θ・tanω が得られる。(ΔY#-ΔY₀#)は平行偏心の軸外像点移動誤
差を表し、Y#・θ・tanωは回転による付加項(収差係数と
は関係ない)を表す。但し、このときのωはXY断面上な
ので、 ΔY'#≒(ΔY#-ΔY₀#)-Y#・θ・tanω・cosφω ……(5A) となる。

【００３８】ついで、図１９に基づいて像面ISへの変換
を説明する。倍率βは、式： β＝g$₁/g$_k＝α_k'/α₁ で表される。ここで、α₁＝1/g$₁である。一方、像面IS
と物面OSとには、式： Y＝β・Y# の関係があり、また、Y#やΔY#は1/α_k'×( )の形とな
っているので、次のように変形する。 Y＝β・Y# ＝(α_k'/α₁)・(1/α_k')×( ) ＝g$₁×( ) ここで、g$_k'→∞とすると、g$₁＝-Flとなる。従って、
式： Y＝-Fl×( ) ＝-Fl×α_k'×Y# が成り立つ。

【００３９】次に、像面上の軸外像点移動誤差を説明す
る。偏心量Eは、式(4C)及びα_k'=1/g_k'$より、以下の
式： θ＝ΔY₀#/g$_k'＝E・ΔE/2 E＝2・θ/ΔE で表される。この手ぶれ補正角θが一定となるように規
格化する(0.7deg=0.0122173rad)。

【００４０】平行偏心(回転変換しない)により、ΔY＝
(ΔY#-ΔY₀#)を像面変換すると(ここで、N・tanω=Φ/F
l，Φ²=Y²+Z²)、以下の式(6A)〜(6D)が得られる。 ΔY＝(θ・Φ²/Fl)・[{(2+cos2・φω)・VE1-VE2}/ΔE] ……(6A) ΔZ＝(θ・Φ²/Fl)・[{(sin2・φω)・VE1-VE2}/ΔE] ……(6B) Y₊像点，Y_-像点{式(6A),(6B)のφω=0,π}： ΔY_Y＝(θ・Y²/Fl)・{(3・VE1-VE2)/ΔE} ……(6C) Z像点{式(6A),(6B)のφω=π/2}： ΔY_Z＝(θ・Z²/Fl)・{(VE1-VE2)/ΔE} ……(6D)

【００４１】次に、回転変換を行う。Y#＝-Y/(Fl×
α_k')であるので、式(5A)中の-Y#・θ・tanω・cosφωに
関し、式： -Y#・θ・tanω・cosφω＝Y/(Fl×α_k')・θ・tanω・cosφω が成り立つ。Y₊像点，Y_-像点では、φω＝0,π、また、
tanω/α_k'=Yであるので、像面での-Y#・θ・tanω・cosφ
ω＝Y²・θ/Flである。これを式(6C)に加えると、次の式
(6E)が得られる。一方、Z像点では、φω＝π/2である
ので、像面での-Y#・θ・tanω・cosφω＝0である。これ
を式(6D)に加えると、次の式(6F)が得られる。 ΔY_Y'＝(θ・Y²/Fl)・{(3・VE1-VE2-ΔE)/ΔE} ……(6E) ΔY_Z'＝ΔY_Z ……(6F)

【００４２】［片ボケ］次に、片ボケを説明する。式(1
A)，(1B)から、ΔMは{ΔYの(Rの１次の項)φR=0}×g$_k'
であり、ΔSは{ΔZの(Rの１次の項)φR=π/2}×g$_k'で
ある。まず、回転前の物面OS上では(ここで、α_k'=N_k'/
g$_k'，E/2=θ/ΔEを用いる。)、式： ΔM#＝(-g$_k'²・θ/N_k')×2・R・(N・tanω)・cosφω・{(3・IIIE+PE)/ΔE} が成り立つ。そして、回転後は式： ΔM'#≒ΔM#+θY# が成り立つ。

【００４３】像面上に変換すると共に、N_k'=1，N=1とす
ると、式： ΔM'＝β²・ΔM'# ＝-g$₁ ²・θ×2・R・tanω・cosφω・{(3・IIIE+PE)/ΔE}+β・Y・θ が得られ、物面OSを∞とすると(ここで、g$₁=-Fl，β→
0，tanω=Y/Fl，φω=0とする。)、メリディオナル片ボ
ケΔM'を表す式(7A)が得られる。同様にして、サジタル
片ボケΔS'を表す式(7B)が得られる。 ΔM'＝-2・Fl・Y・θ・R・{(3・IIIE+PE)/ΔE} ……(7A) ΔS'＝-2・Fl・Y・θ・R・{(IIIE+PE)/ΔE} ……(7B)

【００４４】［軸上コマ］次に、軸上コマを説明する。
式(1A)に基づき、ω=0，Upperの偏心によるコマは、
式： ΔY_Upper#＝ΔY#(ω=0,φ_R=0)−ΔY#(ω=0,R=0) ＝-E/(2・α')×R²×3・IIE で表され、ω=0、Lowerの偏心によるコマ(ΔY_Upper#と
符号を含めて同じである。)は、式： ΔY_Lower#＝ΔY#(ω=0,φ_R=π)−ΔY#(ω=0,R=0) ＝-E/(2・α')×R²×3・IIE で表される。

【００４５】ω=0なので、軸上コマは回転変換に対して
ほとんど変化しない。物面OSから像面ISへの変換により
(ΔY=β・ΔY#，E/2=θ/ΔE)、式： ΔY_Upper＝Fl×θ×R²×(3・IIE/ΔE)＝ΔY_Lower が得られ、軸上コマAXCMは、次の式(8A)で表される。 AXCM＝(ΔY_Upper+ΔY_Lower)/2 ＝ΔY_Upper ……(8A)

【００４６】以上のようにして得られた式(6E)，(6F)，
(7A)，(7B)，(8A)中の一部を、新たに以下の式(9A)〜(9
E)で表す手ぶれ収差係数として定義する。ｙ軸上像点の軸外像点移動誤差… VE_Y＝{(3・VE1-VE2-ΔE)/ΔE} …(9A) ｚ軸上像点の軸外像点移動誤差… VE_Z＝{(VE1-VE2)/ΔE} …(9B) マージナル片ボケ………………… IIIE_M＝{(3・IIIE+PE)/ΔE} …(9C) サジタル片ボケ…………………… IIIE_S＝{(IIIE+PE)/ΔE} …(9D) 軸上コマ…………………………… IIE_A＝{(3・IIE)/ΔE} …(9E)

【００４７】上記手ぶれ収差係数を表す式(9A)〜(9E)に
式(3A)〜(3F)を代入して整理すると、手ぶれ収差係数を
表す以下の式(10A)〜(10E)が得られる。 VE_Y＝-1/2・{3V_R-3V_D・A+2-(3・III_R+P_R)・H#+(3・III_D+P_D)・A#} ……(10A) VE_Z＝-1/2・{V_R-V_D・A-(III_R+P_R)・H#+(III_D+P_D)・A#} ……(10B) IIIE_M＝-1/2・{(3・III_R+P_R)-(3・III_D+P_D)・A-3・II_R・H#+3・II_D・A#} ……(10C) IIIE_S＝-1/2・{(III_R+P_R)-(III_D+P_D)・A-II_R・H#+II_D・A#} ……(10D) IIE_A＝-3/2・(II_R+II_D・A-I_R・H#+I_D・A#) ……(10E) 但し、 ( )_D：補正レンズ群の収差係数の和 ( )_R：補正レンズ群より後(物体側)の収差係数の和 A＝αi/(αj'-αi) (ここで、補正レンズ群をi〜jとす
る。) A#＝αi#/(αj'-αi) H#＝(αi'#-αi#)/(αj'-αi) である。

【００４８】ΔE=-2・(αj'-αi)は{ここで、(αj'-αi)
は0.7°/mmのとき±0.0122173である。}、(手ぶれ補正
角)/(レンズ偏心量)の係数なので、ほぼ所定の値を目指
す(但し、補正レンズ群が正か負かで符号が異なる。)。
従って、Aは(像側から見た)補正レンズ群へのマージナ
ル光線の入射角であり、A#は主光線の入射角に比例す
る。補正レンズ群中でh#やhがあまり変化しない場合、H
#は主光線のh#とマージナル光線のhとの比を表す。

【００４９】上記式(10A)〜(10E)内の各偏心収差係数は
反転系で定義されているので、これらを再度、非反転系
に戻さなければならない。そこで、式(10A)〜(10E)内の
各係数を上述の式(2A)〜(2J)を使って非反転系に戻す
と、以下の式(11A)〜(11E)が得られる。 VE_Y＝+1/2・{3V_F-3V_D・A-2+(3・III_F+P_F)H#-(3・III_D+P_D)・A#} ……(11A) VE_Z＝+1/2・{V_F-V_D・A+(III_F+P_F)H#-(III_D+P_D)・A#} ……(11B) IIIE_M＝-1/2・{(3・III_F+P_F)-(3・III_D+P_D)・A+3・II_F・H#-3・II_D・A#} ……(11C) IIIE_S＝-1/2・{(III_F+P_F)-(III_D+P_D)・A+II_F・H#-II_D・A#} ……(11D) IIE_A＝+3/2・(II_F-II_D・A+I_F・H#-I_D・A#) ……(11E) 但し、 ( )_D：補正レンズ群、非反転系の収差係数の和 ( )_F：補正レンズ群より前の収差係数の和 A＝-αn'/(αn'-αm) A#＝αn'#/(αn'-αm) H＝-(αn'#-αm#)/(αn'-αm)＝-(Σhμ#・φμ)/(Σhμ
・φμ) ΔE＝-2(αn'-αm) である(補正レンズ群をm→n，反転j←i)。

【００５０】上記式(11A)〜(11E)から以下のことが分か
る。第１に、前述したように、松井氏の上記論文の方法
では偏心レンズ群とそれより後の光学系とが性能に関係
するが、式(11A)〜(11E)では偏心レンズとそれより前の
光学系とが関係する。第２に、軸外像点移動誤差は広角
系(補正レンズ群の焦点距離Flが分母)で大きくなり、片
ボケ，軸上コマは望遠系で大きくなる傾向がある。

【００５１】第３に、偏心レンズ群とそれより前の群の
収差係数を小さくすれば、偏心時の収差劣化は小さくな
るが、軸外像点移動誤差ΔY_Y’の係数VE_Yには、定数(式
(11A)中の{ }内の-2)が残る。これは、物面OSと像面IS
とが、回転ブレによって傾いた関係になるため発生する
項である。この定数項(-2)による軸外像点移動誤差は、
広角系で非常に大きくなる。例えば、焦点距離Fl=38mm
では、軸外像点移動誤差ΔY_Y'=-72μｍになり、無視で
きない。また、この定数項(-2)による軸外像点移動誤差
は、各収差係数を"0"にしても残ってしまう。従って、
定数項(-2)を相殺するように各収差係数を設定すること
が望ましく、そのための条件を上記条件式(3)が示して
いる。

【００５２】第４に、偏心時の収差劣化を小さくするた
めには、各収差係数を小さくするとともに、収差係数に
かかる係数A，A#，H#等を小さくする必要がある。A，A#
については、分母のα_n'-α_mを大きくすればよいが、こ
れはΔE=-2(α_n'-α_m)に直結するため、大きすぎるとブ
レ補正感度(何mmレンズを偏心させると光束を何度曲げ
るか)が高くなりすぎ、メカ的な駆動精度が必要にな
る。H#については、補正レンズ群が絞りに近い方が、各
面のh#が小さくなり、H#も小さくなる。

【００５３】

【実施例】以下、本発明に係る手ぶれ補正機能を有する
ズームレンズの実施例を示す。但し、各実施例におい
て、ri(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の面の曲
率半径、di(i=1,2,3,...)は物体側から数えてi番目の軸
上面間隔(ここでは、手ぶれ補正レンズの偏心前の状態
について示す)を示し、Ni(i=1,2,3,...),νi(i=1,2,
3,...)は物体側から数えてi番目のレンズのｄ線に対す
る屈折率,アッベ数を示す。ｆは広角端及び望遠端にお
ける全系の焦点距離、FNoはＦナンバーを示す。

【００５４】なお、各実施例中、曲率半径に*印を付し
た面は非球面で構成された面であることを示し、非球面
の面形状を表わす次の数１の式で定義するものとする。

【００５５】

【数１】

【００５６】但し、数１の式中、 X :光軸方向の基準面からの変位量 Y :光軸と垂直な方向の高さ C :近軸曲率 ε:２次曲面パラメータ Ai:i次の非球面係数である。

【００５７】＜実施例１＞ｆ＝38.9〜112.7 FNo＝4.12〜10.06 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] r1 -23.134 d1 1.480 N1 1.80500 ν1 40.97 r2 -43.384 d2 0.691 r3 84.476 d3 3.947 N2 1.48749 ν2 70.44 r4 -28.730 d4 1.974〜19.858 r5* 37.755 d5 2.862 N3 1.84506 ν3 23.66 r6* 29.619 d6 1.974 r7 -37.076 d7 3.257 N4 1.51680 ν4 64.20 r8 -11.740 d8 2.566 r9 ∞(絞り) d9 14.277〜1.776 r10* -93.451 d10 3.454 N5 1.58340 ν5 30.23 r11* -29.294 d11 3.651 r12 -12.159 d12 0.987 N6 1.78850 ν6 45.68 r13 -98.834 Σd＝41.119〜46.502

【００５８】[非球面係数] r5：ε= 1.0000 A4=-0.17862×10^-3 A6=-0.16659×10^-5 A8=-0.38927×10^-8 A10= 0.44900×10^-10 A12=-0.16019×10^-11 r6：ε= 1.0000 A4=-0.13469×10^-3 A6=-0.14553×10^-5 A8= 0.13468×10^-7 A10=-0.11665×10^-9 A12=-0.10306×10^-11 A14= 0.67707×10^-15 A16= 0.60892×10^-16 r10：ε= 1.0000 A3=-0.37915×10^-3 A4= 0.20239×10^-3 A5=-0.40425×10^-4 A6= 0.44402×10^-5 A7= 0.77130×10^-7 A8=-0.46861×10^-7 A9=-0.43276×10^-9 A10= 0.33181×10^-9 A11= 0.80295×10^-11 A12=-0.22144×10^-11 A13=-0.39322×10^-14 A14=-0.37118×10^-17 r11：ε= 1.0000 A3=-0.31594×10^-3 A4= 0.72536×10^-4 A5=-0.11831×10^-4 A6=-0.18478×10^-7 A7= 0.54421×10^-7 A8= 0.44369×10^-7 A9=-0.91140×10^-8 A10= 0.12688×10^-9 A11= 0.50618×10^-10 A12=-0.17558×10^-12 A13=-0.23579×10^-12

【００５９】＜実施例２＞ｆ＝38.2〜147.0 FNo＝3.55〜9.57 [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] [アッベ数] r1 29.916 d1 1.571 N1 1.84666 ν1 23.82 r2 23.932 d2 0.687 r3 23.477 d3 4.517 N2 1.51680 ν2 64.20 r4 69.470 d4 3.928〜33.619 r5* -30.365 d5 1.277 N3 1.76683 ν3 49.47 r6* 21.645 d6 1.964 r7 25.792 d7 2.602 N4 1.83350 ν4 21.00 r8 -259.608 d8 1.915 r9 25.444 d9 1.669 N5 1.83350 ν5 21.00 r10 12.325 d10 4.822 N6 1.51178 ν6 69.07 r11* -14.971 d11 1.080 r12 ∞(絞り) d12 21.121〜2.875 r13* -41.831 d13 3.634 N7 1.84506 ν7 23.66 r14* -24.936 d14 3.044 r15 -14.963 d15 1.178 N8 1.75450 ν8 51.57 r16 -2311.924 Σd＝55.010〜66.456

【００６０】[非球面係数] r5：ε= 1.0000 A4=-0.10080×10^-3 A6= 0.17197×10^-5 A8=-0.17247×10^-7 A10= 0.82125×10^-10 A12=-0.72093×10^-12 r6：ε= 1.0000 A4=-0.52707×10^-4 A6= 0.15108×10^-5 A8= 0.33309×10^-8 A10=-0.17757×10^-9 A12= 0.60417×10^-14 r11：ε= 1.0000 A4= 0.12379×10^-4 A6= 0.59111×10^-6 A8=-0.40424×10^-7 A10= 0.97489×10^-9 A12=-0.90941×10^-11 r13：ε= 1.0000 A4= 0.17108×10^-4 A6=-0.28707×10^-6 A8= 0.57772×10^-8 A10=-0.48868×10^-10 A12= 0.16153×10^-12 r14：ε= 1.0000 A4=-0.45301×10^-5 A6=-0.31847×10^-6 A8= 0.56666×10^-8 A10=-0.47316×10^-10 A12= 0.13749×10^-12

【００６１】図１，図２は、それぞれ実施例１，実施例
２に対応するレンズ構成図であり、各レンズ構成図は、
広角端(Ｗ)でのレンズ配置を示しており、図中の矢印ｍ
１，ｍ２及びｍ３は、それぞれ第１群Ｇｒ１，第２群Ｇ
ｒ２及び絞りＳ並びに第３群Ｇｒ３の広角端(Ｗ)から望
遠端(Ｔ)にかけての移動を模式的に示している。

【００６２】実施例１は、物体側より順に、物体側に凹
の負メニスカスレンズ及び両凸の正レンズから成る第１
群Ｇｒ１と，像側に凹の負メニスカスレンズ(負の前群)
及び像側に凸の正メニスカスレンズ(正の後群)から成る
第２群Ｇｒ２(斜線部分)と，絞りＳと，像側に凸の正メ
ニスカスレンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズか
ら成る第３群Ｇｒ３とから構成されている。なお、第２
群Ｇｒ２の中の負メニスカスレンズの両面と，第３群Ｇ
ｒ２の中の正メニスカスレンズの両面とは非球面であ
る。

【００６３】実施例２は、物体側より順に、像側に凹の
負メニスカスレンズ及び物体側に凸の正メニスカスレン
ズから成る第１群Ｇｒ１と，両凹の負レンズ及び両凸の
正レンズより成る負の前群並びに像側に凹の負メニスカ
スレンズと両凸レンズとの接合レンズ(正の後群)から成
る第２群Ｇｒ２(斜線部分)と，絞りＳと，像側に凸の正
メニスカスレンズ及び物体側に凹の負メニスカスレンズ
から成る第３群Ｇｒ３とから構成されている。なお、第
２群Ｇｒ２の中の両凹レンズの両面と，第２群中の接合
レンズの像側の面と，第３群Ｇｒ２の中の正メニスカス
レンズの両面とは非球面である。

【００６４】図３，図４は、それぞれ実施例１，実施例
２に対応する縦収差図である。各図中、(Ｗ)は広角端，
(Ｔ)は望遠端での標準状態(偏心前状態)での収差を示し
ている。また、実線(ｄ)はｄ線に対する収差を表わし、
破線(ＳＣ)は正弦条件を表わす。さらに、破線(ＤＭ)と
実線(ＤＳ)はメリディオナル面とサジタル面での非点収
差をそれぞれ表わしている。

【００６５】図５〜図８は実施例１の第２群Ｇｒ２偏心
前(Ａ)・偏心後(Ｂ)の横収差図であり、図９〜図１２は
実施例２の第２群Ｇｒ２偏心前(Ａ)・偏心後(Ｂ)の横収
差図である。図５〜図１２中の偏心後の収差図(Ｂ)は、
第２群Ｇｒ２の手ぶれ補正角θ＝0.7deg(=0.0122173ra
d)で補正した状態の収差を表す。これらの横収差図にお
いて、図５，図６，図９及び図１０では広角端(Ｗ)での
横収差を示し、図７，図８，図１１及び図１２では望遠
端(Ｔ)での横収差を示す。また、図５，図７，図９及び
図１１ではメリディオナル面の光束についての横収差を
示し、図６，図８，図１０及び図１２ではサジタル面の
光束についての横収差を示す。

【００６６】表１に、実施例１及び実施例２について条
件式(1)〜(3)に対応する値を示す。また、表２に、広角
端(Ｗ)及び望遠端(Ｔ)における実施例１及び実施例２の
手ぶれ補正時の収差劣化(即ち、平行偏心した状態での
各誤差量)を示す。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】このように本発明の実施例は、３〜４倍の
高変倍ズームレンズであるにもかかわらず、広角端から
望遠端にかけての全ズーム域において、手ぶれ補正のた
めに補正レンズ群を偏心させても収差劣化が少ないもの
となっており、しかもコンパクトに構成されているの
で、例えばレンズシャッターカメラ用のズームレンズと
して最適である。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る手ぶれ
補正機能を有するズームレンズによれば、ズーム群の１
つである第２群を手ぶれ補正に用いることによって、コ
ンパクト性を保持しつつ偏心収差の発生を抑えることが
できる。また、第２群を負・正で構成しその後ろに絞り
を位置させることによって、軸外像点移動誤差及び片ボ
ケの補正を良好に行うことができる。さらに、広角側か
ら望遠側にかけてのズーミングにおいて第１群と第２群
との間隔が大きくなるようにズーミングを行うことによ
って、色収差補正を良好に行うことができる。従って、
３倍以上の高変倍ズームレンズでも、コンパクト性を保
持しつつ、ズーム全域で高い光学性能を保持した手ぶれ
補正を行うことができる。

【００７１】さらに、前記条件式(1)を満たすことによ
り歪曲収差を良好に補正することができ、前記条件式
(2)を満たすことにより球面収差を良好に補正すること
ができるので、補正前後のいずれについても光学性能の
更なる向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のレンズ構成図。

【図２】本発明の実施例２のレンズ構成図。

【図３】本発明の実施例１の偏心前の縦収差図。

【図４】本発明の実施例２の偏心前の縦収差図。

【図５】実施例１の広角端における偏心前後のメリディ
オナル横収差を示す収差図。

【図６】実施例１の広角端における偏心前後のサジタル
横収差を示す収差図。

【図７】実施例１の望遠端における偏心前後のメリディ
オナル横収差を示す収差図。

【図８】実施例１の望遠端における偏心前後のサジタル
横収差を示す収差図。

【図９】実施例２の広角端における偏心前後のメリディ
オナル横収差を示す収差図。

【図１０】実施例２の広角端における偏心前後のサジタ
ル横収差を示す収差図。

【図１１】実施例２の望遠端における偏心前後のメリデ
ィオナル横収差を示す収差図。

【図１２】実施例２の望遠端における偏心前後のサジタ
ル横収差を示す収差図。

【図１３】手ぶれ補正光学系の像劣化の要因を説明する
ための図。

【図１４】光学系と座標との関係を説明するための図。

【図１５】偏心による光線通過位置の違いを説明するた
めの図。

【図１６】物面の回転変換を説明するための図。

【図１７】反転系・非反転系の収差係数を説明するため
の図。

【図１８】回転変換を説明するための図。

【図１９】像面への変換を説明するための図。

【符号の説明】

Ｇｒ１ …第１群Ｇｒ２ …第２群Ｇｒ３ …第３群Ｓ …絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体側から順に、正のパワーを有する第１
群と，正のパワーを有する第２群と，絞りと，負のパワ
ーを有する第３群とから成り、前記第２群は、物体側から順に、負のパワーを有する前
群と正のパワーを有する後群とから成り、広角側から望遠側にかけてのズーミングにおいて前記第
１群と第２群との間隔が大きくなるように、前記第１群
と第２群との間隔及び第２群と第３群との間隔を変化さ
せることによってズーミングを行い、前記第２群全体を平行偏心させることにより手ぶれ補正
を行うことを特徴とする手ぶれ補正機能を有するズーム
レンズ。
【請求項２】物体側から順に、正のパワーを有する第１
群と，正のパワーを有する第２群と，絞りと，負のパワ
ーを有する第３群とから成り、前記第２群は、物体側から順に、負のパワーを有する前
群と正のパワーを有する後群とから成り、広角側から望遠側にかけてのズーミングにおいて前記第
１群と第２群との間隔が大きくなるように、前記第１群
と第２群との間隔及び第２群と第３群との間隔を変化さ
せることによってズーミングを行い、前記第２群全体を平行偏心させることにより手ぶれ補正
を行い、更に以下の条件を満足することを特徴とする手ぶれ補正
機能を有するズームレンズ； 0＜φ_I／φ_W＜0.57 0.03＜φ_DF／Ｃ_DR＜0.5 但し、 φ_I：第１群のパワー φ_W：広角端での全系のパワー φ_DF：第２群の前群のパワーＣ_DR：第２群の最像側面の曲率である。